Физиологические принципы организаций рабочих движений

Рабочие движения — сложное сочетание статических усилий (напряжения) и динамической работы (сокращений) мышечных групп, в которых оба вида деятельности мышц сменяют друг друга и оказывают взаимное влияние, т. е. представляют собой целостный, целенаправленный трудовой акт.

Существенное значение для рабочих движений имеют индукционные взаимоотношения возбуждения и торможения в нервных центрах. Торможение восстанавливает работоспособность нейронов. Приведем примеры. Предшествующее статическое (тетаническое) напряжение вызывает ускорение движений при последующей динамической работе, т. е. повышает возбудимость и лабильность нервных центров. Если во время ритмической работы сгибателей правой руки напрячь разгибатели левой руки, то работоспособность правой руки увеличивается примерно на 40%, а если напрячь сгибатели левой руки, то она понижается на 10-20%. Следовательно, при различных сочетаниях деятельности разных мышечных групп могут получаться положительные и отрицательные эффекты.

И. М. Сеченов (1903) установил один из важнейших принципов рациональной организации рабочих движений — чередование работающих мышечных групп как средство повышения работоспособности. В опытах, которые он поставил на самом себе, оказалось, что когда работа делается поочередно правой и левой рукой, утомление наступает позднее, чем если только одной рукой с перерывом для отдыха.

Этот принцип активного отдыха можно объяснить отрицательной индукцией, которая возникает при включении в работу нервных центров ранее неработавшей руки. В этом случае прекратившие свою деятельность нейроны больших полушарий, вызывавшие сокращения мышц ранее работавшей руки, быстрее восстанавливают свою работоспособность в результате более сильного торможения, возникшего в них благодаря отрицательной индукции.

Активный отдых быстрее восстанавливает работоспособность, чем пассивный, вследствие более высокого уровня обмена веществ, работы сердечнососудистой, дыхательной и других систем, осуществляющих вегетативные функции. Он дает наибольший эффект после работы средней тяжести.

Установлены некоторые условия рациональной организации рабочих движений с целью достижения наибольшей работоспособности (М. И. Виноградов, 1958).

1. Оптимальный ритм, т. е. закономерная повторяемость трудовых процессов в пространстве и во времени. Частота их повторения обозначается как темп. В процессе труда изменяется лабильность нервных центров и усваивается новый оптимальный ритм.

2. Рациональное использование активных и пассивных (инерционных) сил. Движение более совершенно, когда в начале его развивается максимальная скорость, которая затем плавно уменьшается. При этом рационально используются силы инерции.

3. Плавное движение без резких изменений темпа и направления. Наиболее рациональны плавные круговые и эллиптические движения, при которых наилучшим образом сочетаются кинематические и динамические функции.

4. Непрерывность движения, при которой нет затраты энергии на преодоление силы инерции при остановке.

5. Направление движения имеет особое значение при пользовании ручными рычагами, когда нужно учитывать, что сгибатели сокращаются значительно быстрее разгибателей. При рациональной организации направления движения необходимо учитывать указанную еще И. М. Сеченовым полную согласованность движений рук и глаз.

6. Объем движения. Рационально использовать подвижность суставов не в полном объеме, а в среднем диапазоне, так как предельные сгибание и разгибание невыгодны вследствие большой затраты времени и энергии и невозможности делать плавные движения.

7. Сочетанная работа рук. Механизация и автоматизация производства основаны на сочетанной и равноценной работе обеих рук, что достигается в процессе труда и воспитанием. Работа осуществляется с большей легкостью, когда одновременно на одной руке производится сгибание, а на другой разгибание, что соответствует реципрокной иннервации мышц.

8. Экономия движений при отсутствии их чрезмерного упрощения и однообразия.

9. Ограничение статических напряжений, которые могут быть полезны в известных условиях при небольшой их величине и продолжительности. Большие и длительные статические напряжения значительно быстрее приводят к утомлению, чем динамическая работа, вследствие затруднения вегетативных функций и неиспользования сил инерции.

Во время статического напряжения в мышцах происходит относительно небольшое увеличение обмена веществ по сравнению с динамической работой вследствие нарушения доставки кислорода, так как сильно сокращенные мышцы сжимают кровеносные сосуды. Следовательно, мышцы работают почти в анаэробных условиях. Но сразу после прекращения статического напряжения, особенно у нетренированных людей, резко увеличивается использование кислорода и повышается обмен веществ (феномен Линдгарда). У людей тренированных в выносливости к статическим усилиям этот феномен постепенно исчезает. Во время длительного статического напряжения в определенных нейронах больших полушарий сильное и длительное возбуждение переходит в торможение, а после окончания напряжения в тех же нейронах возникает экзальтационная фаза (М. И. Виноградов).

10. Экономное использование крупных мыши.

11. Целесообразное использование разных анализаторов.

Рабочая поза и ее рациональная организация

Поза не является состоянием полного покоя, так как для ее поддержания необходимо сокращение многих мышц, противодействующих силам земного притяжения. Различается поза «оперативного покоя» (А. А. Ухтомский), при которой повышается возбудимость к определенным адекватным раздражителям внешней среды и достигается готовность к срочному двигательному ответу. Эта поза — разновидность доминанты.

Рациональная поза соответствует условиям трудового процесса (стоя, сидя, согнувшись и т.д.), но поддержание однообразной позы в течение многих месяцев и лет вызывает ряд расстройств вследствие функционирования ограниченной группы мышц и нарушения вегетативных функций, например кровообращения. Эти недочеты однообразной позы исправляются производственной гимнастикой.

Физиология ходьбы и бега

Ходьба у нормального человека отличается исключительной точностью и постоянством движений, что свидетельствует об их автоматизированной координации.

Ходьба начинается со сгибания ноги в коленном суставе. При ходьбе каждая нога поочередно то опирается о землю (опорное время), то переносится вперед, пока другая нога стоит (переносное время). Опорное время продолжительнее переносного и поэтому в течение некоторого времени стоят обе ноги. Каждая нога начинает свое движение с наступания на пятку, а затем, в момент отрыва от земли задней переносной ноги, наступающая нога производит сильный толчок или нажим на землю пяткой (передний толчок). Сила опоры ноги постепенно уменьшается до минимума, и в этот момент переносная нога проносится вперед мимо опорной. Постепенно опорная нога переносится с пятки на носок, причем опорное усилие снова нарастает и непосредственно перед тем, как переносная нога наступит на землю, опорная нога производит сзади второй нажим на землю носком (задний толчок). После этого короткое время обе ноги стоят на земле, и затем снова начинается описанный цикл.

В процессе ходьбы максимально используется деятельность мышц и сила тяжести. Подобно птицам в полете человек при ходьбе Хорошо использует силы инерции. Во время ходьбы ориентировка в пространстве осуществляется зрительным, вестибулярным, кинестезическим и слуховым анализаторами.

При утомлении вследствие нарушения регуляции ходьбы длина шага становится короче на 5-25%, а вертикальные амплитуды колебаний головы, плечевого и тазобедренного суставов (вверх и вниз) уменьшаются на 15-40%.

Бег отличается от ходьбы тем, что опорная нога производит задний толчок раньше, чем переносная успеет прикоснуться к земле, и поэтому тело некоторое время не опирается на землю и находится в воздухе. Вертикальные колебания тела (вверх и вниз) при беге больше, чем при ходьбе.

После отрыва переносной ноги от опоры при беге начинается интенсивное ускоренное сгибание ее колена. У спринтеров (бегунов на короткие дистанции) угловая скорость в колене достигает 3,6-3,7 об/с или скорости вращения колес поезда экспресса на полном ходу; При этом сгибании колена пятка подтягивается к ягодице за 0,15-0,1 с. На всем протяжении этого движения имеется значительный перевес напряжения разгибателей колена. Это напряжение объясняется тем, что отброс стопы кверху от точки опоры настолько силен, что стопу не только не приходится гнать вверх сгибанием колена, а, наоборот, приходится притормаживать ее, чтобы предохранить ее от удара об ягодицу.

Физиология спортивных упражнений

Спортивные упражнения по структурным признакам делятся на: 1) циклические, 2) ациклические и 3) смешанные.

Циклические — в которых закономерно взаимосвязаны и последовательно осуществляются фазы движения в цикле и последовательно однообразно повторяются циклы движений, например ходьба, бег, плавание, ходьба на лыжах, гребля и т. п. Они основаны на динамическом стереотипе.

Ациклические — однократные движения, например прыжки, силовые упражнения, статические напряжения.

Смешанные — в которых соединяются циклические и ациклические движения, например прыжок в длину, который начинается с разбега.

По качественным особенностям движения делятся на: 1) силовые, 2) скоростные, 3) на выносливость, 4) на ловкость.

По характеру реагирования они делятся на: 1) стандартные, например ходьба, плавание; 2) изменчивые, в которых осуществляются различные движения в зависимости от обстановки, например бокс, фехтование, спортивные игры.

По режиму напряжения или сокращений мышц они делятся на: 1) статические и 2) динамические.

Работа при спортивных упражнениях бывает: 1) умеренной, 2) большой, 3) субмаксимальной и 4) максимальной интенсивности.

Отдельные виды спортивных упражнений отличаются разным характером двигательных и вегетативных рефлексов и развитием разных двигательных качеств.

Например, гимнастические упражнения делятся на статические и динамические, характеризуются совершенной координацией движений и развивают ловкость. Они совершенствуют кровообращение и дыхание.

Легкоатлетические упражнения, ходьба, бег, прыжки, метания развивают скорость, силу, выносливость, ловкость. При беге на спринтерские дистанции (100 и 200 м) совершается работа максимальной интенсивности, при беге на стайерские дистанции — 400, 800, 1000 и 1500 м — субмаксимальной интенсивности, от 3000 до 10000 м — большой интенсивности, от 15 000 до 20000 м и больше — умеренной интенсивности.

При беге на местности (кроссе) происходит перестройка координации движений. Прыжки развивают зрительный и вестибулярный анализаторы. Сдвиги кровообращения и дыхания при легкоатлетических упражнениях больше, чем при гимнастических.

Лыжный спорт резко усиливает обмен веществ, кровообращение, дыхание и всесторонне развивает организм.

Плавание также отличается повышением обмена веществ, большой потерей тепла, развитием координации движений и кинестезического анализатора («ощущения воды»). Плавание способствует развитию грудной клетки, дыхания и кровообращения.